А. В. Бараненко. Холодильные машины

Рис. 5.10. Абсорбциоввая бромисто.1IИ'l'иев8Я ХОJIОДИJIЫI8Я машина с одиоступеи· чатой reиерацией пара рабочеrо вещества и совмещеиным тепломассопереиосом в абсорбере:, а - схема машины; (f - процессы на !;-i-диarрамме; РО' Ph' Р.'

Р" - давJIения кипениf ра~чеrо вещества, раствора, абсорбции и коиденсации

пара соответствеиио; 1;а' !;r' !;ср - концентрации СJIабоrо, крепкоrо растворов

исре,цияя в цикле соответственио

виспарителе / (рис. 5.10, а) за счет подвода теплоты от охлаж­

даемого источника в количестВе qo, кипит вода при давлении РО = Ра.

При этом источник охлаждаетёя до температуры ts' Водяной пар, обра30вавшийся в испарителе, поступает в абсоРбер 11, где

он абсорбируется крепким раствором, стекающим из генератора

11/ че~з растворный теплообменник V и гидравлический за­

Твор V11 в абсорбер. Вследствие абсорбции пара раствором кон­

центрация последнего снижается.

Теплота, выделяющаяся в процессе абсорбции, отводится к источнику окружающей среды в количестве qa при температуре to•c' Слабый раствор из абсорбера насосом V/ подается через рас­

творный теплообменник в генератор, где он кипит при давле­

нии Ph вследствие подвода теплоты от rpeIOщего источника в коли­

честв~ qh при температуре t h• Водяной пар, образовавшийся в ге­

нераторе, поступает в конденсатор /V, где конденсируется при давлении РК= Ph' Теплота конд~нсации отводится к источнику

,окружающей среды в количестве q при температуре to.c' Кон­

денсат из конденсатора стекает в испаритель через гидравличес-

176

пение раствора в генераторе при совмещенном тепломассопере­

носе; 4-8 - охлаждение крепкого раствора в теплообменнике растворов; 8-9 - адиабатно-изобарная абсорбция пара рабочего

вещества; 9-2 - абсорбция пара рабочего вещества при совме­

щенном тепломассопереносе в абсорбере; 3'-3 - отвод теплоты перегрева и конденсация пара рабочего вещества в конденсато­

ре; 1-1'- кипение рабочего вещества в испарителе.

Основные соотношения' для расчета теоретического ЦИI<JIа АБХМ с одноступенчатой генерацией пара рабочего вещества и

совмещенным тепломассопереносом в аппаратах определяются

расчетным путем, либо с помощью ЭВМ, либо вручную после построения цикла на ~-i-диаграмме (рис. 5.10, б) для водного раствора бромистого лития по заданным температурам ts ' to.c и t h внешних источников теплоты и после определения основных

параметров цикла АБХМ.

Количество а* слабого (по соли бромистого лития) раствора,

выходящего из абсорбера и поступающего через растворный теп­

лообменник в генератор, определяют из материального балаиса

потоков в генераторе по соли бромистого лития:

где gn - количество водяного пара, выпариваемого в генераторе

где ~~* - зона дегазации раствора в теоретическом цикле АБХМ.

Тепловой поток в абсорбере

Насос слабого раствора перекачивает а* жидкости из абсорбе­

ра в генератор. Определив удельный объем раствора v, можно вычислить работу насоса

qи = va*(ph - Ра)·

В связи с тем что величина qи существенно меньше qh и qo,

В расчетах теплового баланса машины ее обычно принимают рав­ ной нулю.

Величина ~* показывает, какое количество холода может быть

получено в испарителе на единицу затраченной в генераторе теп­

лоты. Чем выше ~* , тем более эффективным в энергетическом

отношении является цикл АБХМ.

Схема и теоретический ЦИКЛ АБХМ с одвоступенчатой rеие­

рацией пара рабочеrо вещества и раздельным теПJIомассопере­

иосом в абсорбере. Схема и теоретические циклы АБХМ приве­ дены на рис. 5.11. В отличие от предыдущей АБХМ теплообмен­

ная поверхность абсорбера выносится за его контур и теплота

абсорбции отводится в переохладителе V/ смешанного раствора (рис. 5.11, а). Смешанный раствор подается в переохладитель насосом V/П. Такое выполнение абсорбера позволяет разделить

процессы тепло- }f массопереноса, благодаря чему теплота отво­

дится в теплообменнике .жидкостъ - жидкосты (без наличия

паровой фазы). Вследствие этого резко снижается коррозия ма­ териала теплообменной поверхности со стороны водного раство­ ра бромистого лития. Кроме того, такой теплообменник абсорбе­

ра можно выполнить компактным, например пластинчатого типа.

В циклах АБХМ (рис. 5.11, 6) при фиксированных темпера­

турах внешних источников и фиксированном значении концент-

рации ~; крепкого раствора концентрация ~: слабого раствора

может быть принята различной В пределах от ~amin = ~: до ~aтax'

При ~amin = ~: рециркуляция слабого раствора в цикле 2-7-5- 4-8-2 достигает бесконечно большого значения и концентрация

~CM min смешанного раствора будет при этом равна концентрации

~: слабого раствора, т. е. будет. иметь место равенство ~amin =

=~: =~CMmin' При этом параметры основных узловых точе~ 1,

1', 3, 3', 2, 7, 4, 8 цикла АБХМ с раздельными процессами тепло­

массопереноса в абсорбере будут полностью соответствовать пара­

метрам тех же узловых точек цикла с совмещенным тепломассо­

переносом в абсорбере (рис. 5.10,6). При отсутствии рециркуляции

...."'..r

....,::;:-+--=oif----:.;::---+ i

:J

~~~~~~~~----~~~----~t

Q~

слабого раствора цикле 9-7(0)-5(0)-4-8(0)-8 процесс 8(0)-8- охлаждение крепкого раствора в переоxлaдwreле, а 8-9 - адиабатно­ изобарная абсорбция пара рабочего вещества до максимально воз­ можной при заданных температурах внешних источников концент-

рации !;атах слабого раствора, которая определяется положением точек 8, 1', 9 и изобары РО = Ра на 1;-i-диаграмме (рис. 5.11, 6). Для осуществления этого цикла в схеме АБХМ (рис. 5.11, а) вентили 1Х, Х закрывают, веl:lТИЛЬ Х1 открывают, а насос V111 выключают. Любой из промежуточных циклов, например 2i- 7i-5i-4-8i-9i-lOi (рис. 5.11,6), осуществляется с конечной Ре­ циркуляцией слабого раствора; нри этом процессы: 2i-8i - сме­

шение рециркулируемого слабого после абсорбера и крепкого

после теплообменника растворов с образованием смешанного

изоБЩ>ная абсорбция пара рабочего вещества. Концентрации 1;см, и 1;а! смешанного и слабого растворов определяют при задан­

ных температурах внешних источников при известном положе­

нии точек lOi, 8i, l' и изобары РО = Ра на 1;-i-диаграмме. Таким

образом, положение точки 10! на изотерме t101 =t2 =t8 = to.c мо­ жет быть любым между фиксированными при заданных темпе­

ратурах внешних источников положениями точек 2 и 8.

Тепловые потоки q в испарителе и q в конденсаторе опреде­

ляют по уравнениям ~5.44) и (5.45). При бесконечно большой

кратности рециркуляции слабого раствора (Ь, = 00) в абсорбере

тепловые потоки qh в генераторе и qT в теплообменнике раство­

ров, а также кратность циркуляции а* слабого раствора в цикле

определяют по уравнениям (5.50), (5.51) и (5.48) соответственно.

При промежуточном значении ~ai концентрации слабого рас­

твора и конечном значении кратности его рециркуляции Ь,

q = [3'! - tз;

qa = i1, + а;(i8t - i2t ) - i8t ; qa = (Ь, + а; -l)(igt - i 101 );

qh = iз" + a;(i4 - i7t ) -i4 ;

qT = (а; -l)(i4 - i8t ) = aj~(i7' - i2t ),

где а; - кратность циркуляции раствора,

а; = 1;;/(1;;'- 1;11,); •

Ь, - кратность рециркуляции слабого раствора,

Ь, = (а; -1)(i8t - igt)/(ig~ - i 2t ),

180

или

или

Ь, = [t1, + (а7 -1)t101 ] / (t2t - t10t )·

При отсутствии рециркуляции слабого раствора (Ь, = О) q = tз,шах - tз;

qa = 11' + a~(t8(O) -lg) - t8(0): qa = (a~ -1)(t8(0) - [8);

qh = tз,шах + a~(t4 - t7(0» - [ 4 ;

qT = (a~ -1)(t4 - t 8(0» = a~(t7(0) - tg ),

где a~ - кратность циркуляции раствора, a~ = 1;;/(1;; - /;ашах)'

или

a~ = (i1, - i 8 )/(ig - [ 8 ).

Тепловой коэффициент ~" каждого из рассмотренных теорети­

ческих циклов определяют по уравнению (5.54) при подстанов­

ке в него соответствующего рассматриваемому циклу значения

qh' Тепловой баланс машины рассчитывают по уравнению (5.53).

Схема и теоретический ЦИКЛ АБХМ с двухступенчатой rеие­

рацией пара рабочеrо вещества и прямoroчиым движением раст­

вора через ступени rеиератора. Схема и теоретический цикл АБХМ приведены на рис. 5.12. Слабый раствор из абсорбера 11

(рис. 5.12, а) шщается насосом VII1 последовательно через рас­ творные теплообменники V1 и V11 в ступень высокого цавления

генератора V, где частично выпаривается при давлении Р: за счет подвода теплоты q: от греющего источника с температурой t h • количество образующеrocя при этом пара составляет Х (кг).

Этот пар поступает в трубный пучок ступени низкого давления

. генератора 111, где конденсируется при температуре t:, давле­

нии Р: = Р: .Теплота конденсации пара в количестве q: подво­

дится к раствору, который поступает из ступени высокого дав­

ления генератора через теплообменник V11 и дроссельный вен­

тиль 1Х в ступень низкого давления генератора. В ней раствор довыпаривается при давлении Р: ' а количество образующегося

при этом пара составляет (1 - х) (кг). Этот пар конденсируется

в конденсаторе 1V при давлении Р: = Р: ' а теплота конденса­

ции в количестве q отводится к источнику окружающей среды,

имеющему температуру to•c' Конденсат в количестве х (кг), об­

разовавшийся при конденсации пара в процессе обогрева ступе­

ни низкого давления генератора, через дроссельный вентиль Х

181

6) t,КДж/КГ

J'6t=======-r--

~~t:==:::::::=+-t-t

,'___-r-I

Рис. 5.12. Абсорбциоввая бромисто~

литиевая ХОJIОДИJIЬиaJI машина с

двухступенчатой геиерацией пара рабочего вещества при прямоточ:иом

движеиии раствора через ступени ге­

иератора: а -схема машины; (j - процессw на ;-t-диаграмме;

1 - испаритель; 11 - абсорбер; III -

степень низкого Д8ВJJeНИJI геиератора; W -

конденсаТор; V - ступень высокого дав­ лении reHepaтopa; УI и УII - теплооб­

,менники растворов ступеней низкого и

высокого давлений генератора соответст­ венно; УIII - н!\сос слабого раствора;

IХ-ХI - дроссельные вентили•. ; ХII - rидpooaтвор;р., р:. р:. р р:. р:

давлении кипении рабочего вещества,

раствора в стynених низкого и высо­

кого давлений генератора, абсорбции,

конденсации пара в стynених низкоr;o,

высокого. давлений соответственно; ~.,

~r' ~r' ~~ - концентрации слабого,

крепкого растворов и промежуточнaJI Со­

ответственио

подается в конденсатор, в котором происходит смешение двух

потоков конденсата с образованием 1 кг рабочего вещества, по­ даваемого через гидрозатвор ХII в испаритель. Процессы в ис­

парителе и абсорбере протекают таким же образом, как и в АБХМ,

схема которой приведена на рис. 5.10, а.

Поскольку направления движения раствора через ступени ге­

нератора и пара рабочего вещества совпадают, то такую схему

АБХМ называют прямоточной.

Основные процессы цикла АБХМ (рис. 5.12, б) следующие: 811,-911, - адиабатно-изобарная абсорбция; 911,-2 - абсорбция

с совмещенным тепломассопереносом; 2-711,-76 - подогрев всего

потока слабого раствора последовательно в теплообменниках сту­

пеней низкого и высокого давлений; 76-56 - адиабатно-изобар­ нм десорбция; 56-46 - кипение раствора в ступени высокого давления генератора с совмещенным тепломассопереносом с обра-

зованием раствора с промежуточной концентрацией ;~; 46-86-

охлаждение раствора с промежуточной концентрацией ;~ в теп­

лообменнике ступени высокого давления; 511,-411, - кипение рас­ твора в ступени низкого давления генератора с образованием

раствора концентрации ~r; 411,-811, - охлаждение крепкого рас­

твора в теплообменнике ступени низкого давления.

Таким образом, при наличии греющего источника с достаточ­ но высокой температурой оказывается возможным осуществле­ ние ступенчатой генерации пара рабочего вещества с использо­

ванием теплоты его конденсации для выпаривания раствора во

второй ступени - ступени низкого давления. Поэтому требуе­

мое количество теплоты греющего источника для работы АБХМ

существенно снижается; при этом снижается и количество тепло­

'l'Ы, отводимой В конденСаторе к источнику окружающей среды.

Основные соотношения для расчета теоретического цикла

АБХМ с двухступенчат<».t генерацией пара рабочего вещества и

прямоточным направлением движения раствора через, ступени

Тепловые потоки q в конденсаторе и qa В абсорбере:

х - количество пара рабочего вещества, образующегося при вы­

паривании раствора в ступени высокого давления генератора.

Величина х может быть определена двумя методами:

из материального баланса по соли бромистого лития ступени

высокого давления генератора:

х = а*(~~ - ~a) / ~~ = а* - (а* -1)~г / ~~;

из теплового баланса фрагмента схемы АВХМ, включающего обе ступени генератора:

х = tз,и + (а* -1)14и - a*tSB •

Iз,в + tз,и - Iзв - tSB

Тепловые потоки q,. и' qт.и И q,. В' qT.B В ступенях генератора

соответственно низкого и высокого давлений:

q,.и = (1- х)iа,и + (а* -1)i4и - (а* - x)iSB ; qт.и =(а* -1)(i4и -isи)=а*(i7и - i2); q"B = хiз,в + (а* - x)i4B - a*i7B ;

Тепловой коэффициент АБХМ

Тепловой баланс АБХМ

Схема и теоретический фnCJI АВХМ с двухступенчатой rеие­ рацией пара рабочero вещества и парaJJJIeJIыIым движением раст­ вора через ступеии re~epaTopa. Схема и теоретический цикл АБХМ приведены на рис. 5.1 З. В данной АВХМ слабый раствор из абсорбера насосом УII1 (рис. 5.13, а) подается naраллельно в ступени 111 и V низкого и высокого давлений генератора через соответс~вующие растворные теплообменники У1 и УII. В каж­

дой стyriени генератора раствор выпаривается от начальной кон­

центрации ~: до конечной концентрации !;г. Потоки крепкого

раствора после ступеней генератора, пройдя соответствующие

теплообменники У1 и УII и дроссельные ~ентили Х1 и 1Х, объ­

единяются в общий поток крепкого раствора, который и посту­ пает в абсорбер. В остальной части схема данной АБХМ соответ­

ствует схеме АБХМ, приведенной на рис. 5.12, а.

Процессы цикла АВХМ с параллельным движением раствора (рис. 5.13, 6): 811.-911. - адllабатно-изООарная абсорбция; 811.-2 - абсорбция с совмещенным тепломассопереносом; 2-711. - подо­

грев одной части потока слабого раствора в теплообменнике сту­

пени низкого давления; 2-7в - подогрев дрyrой части слабого раствора в теплообменнике ступени высокого давления; 711.-511.,

7в-5в - адиабатно-и3Обарная десорбция соответственно в ступе­ нях низкого и высокого давлений генератора; 511.-411., 5в-4в -

кипение раствора при совмещенном тenломассопереносе соответ-

184

ственно в ступенях низкого и

высокого давлений в генера­ торе с образованием раствора

с концентрацией !;г В каждой ступени; 4в-8н., 4н.-8н. - ох­

лаждение одной и другой час­ тей крецкого раствора соответ­ ственно в теплообменниках высокого и низкого давлений.

АВХМ с двухступенчатой генерацией пара и параллель­

ным движением раствора че­

рез ступени генератора мож­

но получить путем дооборудо­ вания АВХМ с одноступенчатой генерацией пара (рис. 5.10, а) высокотемпературной приCТЩJ­

кой, состоящей из ступени вШ­

оокoroдавления V (рис. 5.13, а),

растворного теплообменника

У11, дроссельных вентилей IХ и Х и трубопроводов, не­

обходимых для соединения указанного оборудования с со­

ответствующими аппаратами

и магистралями АВХМ с

одноступенчатой генерацией

пара.

5J

i,кДllf!кг

'f,~====-,,-~

.rиt=====-t~

,'''''-----,

J6---1~.r

Рис. 5.13. АбсорбциоВJWI брОМИC'l'OЛИ­

тиевая ХОJIОДИJIЬВ8JI ыашива с двухсту­

пенчатой reверацией пара рабочего ве­

щества при паРМJIеJIЬИОIII движеиии раствора через ступени генератора:

а - схема машииы; fJ - процессw на

1;-t-диаграllOlе; поаиции и обозначения

те же, что и иа рис. 5.12

185

При выполнении теплового расчета теоретического цикла дан­

ной АБХМ 'Репловые потоки qo в испарителе, q в конденсаторе, qa В абсорбере и кратность циркуляции слабого раствора а* рас­

считывают соответственно по формулам (5.55), (5.56), (5.57) и

(5.58).

Количество пара рабочего вещества, выпариваемого в ступе­

ни высокого давления генератора, определяют по формулам

где f - количество слабого раствора, подаваемого из абсорбера

в ступень высокого давления генератора,

[(iз'в + iз,и - iзв) / а*] + (~: i4и / ~r) - i7и

Тепловой поток в ступени низкого давления генератора опре­ деляют по формуле (5.59) и уравнению

qhи = (1- х)iз'и + (а* - f -1 +х)t4и - (а* - f)t7и·

Тепловой поток в ступени высокого давления генератора qhB = хiз,в + (! - x)ie - щв·

Тепловые потоки qт.и И qT.B В теплообменниках растворов низ­

кого и высокого давлений определяют по уравнениям:

Тепловой коэффициент и тепловой баланс АБХМ определяют по формулам (5.60) и (5.61) соответственно.

Основные необратимые потери действительных про~ессов АБХМ и способы их снижения. В настоящее время применяют

следующие действительные циклы АБХМ с одноступенчатой ге­ нерацией пара рабочего вещества и совмещенным тепломассопе­

реносом в аппаратах (рис. 5.14): 2-7-5-4-8-9-10-2 - с затоп­

ленным генератором и пленочным абсорбером с рециркуляцией

через него слабого раствора; 2-7-6-6'-4-8-9-10-2 - с Iiленочны­

ми генератором и абсорбером и с рециркуляцией через них соответ­

ственно крепкого и слабого растворов; 2-7-5'-4-8-8'-2 - с пле­

ночными генератором и абсорбером без рециркуляции через них соответствующих растворов. Также применяют и циклы АБХМ, работающих по схемам с двухступенчатой генерацией пара ра­

бочего вещества, и АБХМ с раздельным тепломассопереносом

в абсорбере. Рециркуляцию растворов в циклах некоторых АБХМ

через генераторы и абсорберы вводят, чт09ы обеспечить необ­

ходимую плотность орошения трубных пучков аппаратов при

1,....-----------

J

Рис. 5.14. ДействитеJIьвы:е процессы на ;-t-диаграмме АБХМ с одиоступенча­

той геиерацией пара рабо.чего вещества и с совмещеlmым тепломассопереиосом

в абсорбере: обозначевиядавJIеиийтеже,что и на рис. 5.10; ;.' ;:.. ~ ;:.. , ;r -

концентрации СJIабого, смешаииого в абсорбере, смешаииого в генераторе и креп­

кого р'астворов соответствеиио; ;~, ;~ - коицентрации растворов в иачале про­

цессов совместиого тепломассопереиоса в геиераторе и абсорбере соответствеиио;

;:' ;; - равиовесвы:е концентрации в конце процессов абсорбции пара и кипе­

ния раствора соответствеиио

достаточно больших их ширине и длине. Введение рециркуля­

ЦИИ раСТВОР9в приводит К снижению температурного напора в со­

ответствующих аппаратах и дополнительного расхода энергии

на привод насосов. При выполнении трубных пучков, вытяну­ тых по вертикали, число труб в их верхних двух рядах (при

шахматном расположении труб) может оказаться таким, что

вВедение рециркуляции растворов через аппараты окажется

нецелесообраз~ым, так как для орошения трубных пучков аппа­

ратов достаточно раствора, циркулирующего в цикле. Для сни­

жения гидравлических сопротивлений прохождению пара и тем­

пературного градиента кипящей воды по высоте трубного пучка

испарители всех типов АБХМ выполняются пленочными, и че­

рез них осуществляется рециркуляция рабочего вещества (воды).

Применение тоЙ или иной схемы АБХМ связано с конкрет­

ными параметрами внешних источников и с другими факторами.

Испытания лабораторных, опытных и промышленных типов

АБХМ с различными растворами позволили выявить OCHOB~

ные отклонения действительных процессов от теоретических

(рис. 5.14): слабый раствор в абсорбере не достигает своего равно­

весного состояния 2* (~a >~: при t2 =idem, Ра =idem),

а крепкий раствор в конце процесса кипения в генераторе не

достигает теоретического состояния 4* (~г <~; при t4 = idem,

рь = idem), т. е. имеют место соответственно неполнота насы­

щения раствора в абсорберео.(A~а = ~а - ~"a) И неполнота выпари-

вания в генераторе (~г = ~г - ~г); между испарителем и абсор-

бером имеют место гидравлические сопротивления прохожде­ нию пара - в межтрубном пространстве испарителя, в жа­

люзийной решетке, в соединительном тракте между испари­

телем и абсорбером и в межтрубном пространстве абсорбера, т. е.

L,L\P = Ро - P~ (рис. 5.14). во всех типах АБХМ имеет место

недорекуперация теплоты в теплообменниках растворов из-за ко­

нечной разности температур между креЦJ(ИМ и слабым раствора-

ми, т. е. ts > t2 •

В циклах АБХМ с совмещенным тепломассопереносом в аб-

сорбере неполнота насыщения раствора A~a изменяется в преде­

лах 1,5-3% и зависит от параметров режима работы. В абсорбе­

ре АБХМ с адиабатно-изобарной абсорбцией неполнота насыще­

ния раствора составляет около 0,2%, однако даже столь малая

величина A~a требует увеличить кратность рециркуляции сла­

бого раствора на 25-30% , что влечет за собой увеличение расхо­

да электроэнергии в рециркулярионных насосах. Гидравличес­

кие сопротивления прохождению пара из испарителя в абсорбер

достигают 0,13 кПа и зависят. от скоростей прохождения пара.

на всем пути его движения из одного аппарата в другой.

Исследования процессов в моделях генераторов затопленного

типа показали, что концентрация раствора изменяется лишь

в верхней зоне при высоте сто~ба жидкости 100-150 мм. В зоне

столба раствора ниже 100-150 мм раствор не кипит, хотя темпе­

ратура его продолжает увеличиваться. это связано с тем, что на

процесс кипения раствора в генераторе затопленного типа отри­

цательно сказывается гидростатическое давление столба раство­

ра в межтрубном пространстве аппарата. Как показали иссле-

дования [80], на неполноту выпаривания раствора L\!;r влияют

188

давление пара над кипящим раствором, концентрация раствора,

плотность теплового потока в генераторе, схема подачи раствора

в аппарат (верхняя - над трубным пучком или нижняя - под трубным пучком) и некоторые другие факторы. на рис. 5.15

приведены некоторые результаты исследований по определению

величины A~г в модЕЩИ генератора затопленного типа АБХМ [80]. Как следует из приведенных графиков, величина ~г В зоне ки­

пения раствора существенно зависит от параметров процесса.

Наибольшее влияние на величину L\!;r оказывают давление ки­

пения раствора и его концентрация. С увеличением плотности

теплового потока в аппарате величина L\!;r снижается (рис. 5.15,6). С повышением давления кипения раствора неполнота выпарива­ ния ~aCTBopa также снижается (рис. 5.15, а) и в условиях проте­

кания процессов кипения раствора в ступенях генераторов вы­

сокого давления АБХМ с двухступенчатой генерацией пара АI;

не превышает 0,5%. Неполнота выпаривания водного pacтвop~

бромистого лития в пленочном генераторе примерно в два раза

меньше неполноты выпаривания в генераторе затопленного типа

при одинаковых условиях, что объясняется отсутствием в пле­ ночных генераторах столба раствора в межтрубном пространст­

ве, а также более интенсивным характером процессов тепломас­ сопереноса при кипении раствора, которое происходит по всей

высоте трубного пучка аппарата.

Как следует из вышеприведенного, основными способами сни­

жения необратимых потерь действительных процессов АБХМ

являются: уменьшение высоты столба кипящего раствора в ге­

нераторе. затопленного типа и осуществление подачи раствора

в нижнюю часть генератора; исключение рециркуляции крепкого

раствора в генераторе пленочного Тl,{па и слабого раствора в аб­ сорбере путем выполнения их трубных пучков вытянутыми по

вертикали; увеличение плотности теплового потока в генераторе;

A)Att,.,%

~------------------~

6

6j

At!,.,~

Рис. 5.15. ЗПИСИМОСТИ иедовыпариваиия раствора бромистоro JJИТИЯ ~

от концентрации крепкоro раствора /;т (а) и ПЛОТНОСТИ тепловоro потока{

(6) в зове кипения в rеиераторе затоnлеииоro Типа с верхней подачей рае/.

вора; /;ср - средвяя концентрация раетвора; Р" - давление пара

189

снижение скорости движения водяного пара в межтрубных про­ странствах испарителя и абсорбера путем изготовления их труб­

ных пучков с переменным шагом, увеличивающимся от центра

пучков к их периферии; установка жалюзийных решеток для

предотвращения уврса капель воды из испарителя в абсорбер и

возврата их обратно в испаритель; максимальная герметизация

АБХМ, обеспечение ее надежной системой удаления неабсорби­

руемых и неконденсирующихся газов. Невыполнение последне­

го условия приводит К резкому увеличению неполноты насыще­

ния раствора в абсорбере и связанного с ним ухудшения харак­

теристик АБХМ вплоть до полного прекращения в ней процес­

сов охлаждения.

Энергетическаи эффективность АБХМ. OCHOBH~M показате- ' лем энергеТической эффективности АБХМ является теоретичес­

кий тепловой коэффициент. К важному показателю относится

также и кратность циркуляции и рециркуляции растворов В цик­

лах, так как с ними связаны расходы работы на перекачку раст­

воров насосами.

На рис. 5.16 представлены зависимости теплового коэффи-

циента r.* и кратности циркуляции а* слабого раствора в тео­ ретических циклах одноступенчатой АБХМ с совмещенным теп­

ломассопереносом в абсорбере от высшей температуры t 4 кипения

Рис. 5.16. Зависимости теорети­

ческого теплового коэффициен-

та с,* и кратности ЦИРКУJIЯЦИИ

раствора а* от высшей темпера­

туры t. кипеиия раствора в re-

вераторе при ра3JIИЧВЫХ аваче­

ииях температуры to кипения

в испарителе одвоступевчатой

АБХМ с совмещеввым теПJIО­

массопереиосом в абсорбере при

температуре t2 = t,. = to•• = ЗЗ ос

раствора в генераторе и температуры t o кипения воды в испари­ теле, равных соответственно температурам греющего th и охлаж­

денного t. источников. Низшая температура t2 раствора в абсор­

бере, равная при этом температуре t K конденсации пара, являет­

ся постоянной и равной, в свою очередь, температуре to с окру­

жающей среды. Как следует из приведенных графИКОВ; значе­

ние теплового коэффициента с увеличением температуры кипе­

ния воды от 5 до 20 ос при постоянных значениях высшей тем­

пературы t4 кипения раствора увеличивается в среднем на 7%.

С повышением температуры кипения раствора от 65 до 85 ос

при постоянных.значениях температуры кипения воды значе­

ние теплового коэффициента снижается в среднем на 4%. По­

след..ее объясняется тем, что с повышением температуры кипе­

ния раствора при постоянных температурах кипения воды и кон­

денсации пара, а также при низшей температуре раствора в аб­ сорбере увеличивается средняя концентрация раствора в цикле,

а следовательно, увеличивается и дифференциальная теплота сме­

шения раствора в генераторе, что, в свою очередь, приводит

к увеличению его теплового потока. При повышении средней

концентрации раствора при постоянном давлении кипения в ге­

нераторе возрастает также энтальпия перегретого пара, образу­

ющеrocя в растворе, что дополнительно увеличивает тепловой

поток генератора. В рассматриваемом диапазоне изменения тем­

ператур кипения раствора и воды кратность циркуляции рас­

твора существенно изменяется при низких значениях темпера­

туры кипения воды, указанное обстоятельство должно обязательно учитываться при оценке энергетической эффективности АБХМ, так как высокие значения кратности циркуляции требуют уве­

личить энергозатраты на привод циркуляционных насосов.

На рис.5.17 приведены зависимости изменения теплового ко­

эффициента r.* от температуры t o кипения воды в испарителе

бромистолитиевой АБХМ с раздельными процессами тепломас­ сопереноса в абсорбере при различных значениях Ь! кратности

рециркуляции слабого раствора. Как следует из приведенных

зависимостей, при Ь! = 00 значения теплового коэффициента при

каждой температуре кипения в теоретических циклах данной

АБХМ равны значениям теплового коэффициента циклов АБХМ

с совмещенными процессами тепломассопереноса в абсорбере при одинаковых t 2 и t4 (см. рис. 5.16). При конечных значениях кратности рециркуляции слабоr.o раствора, а также при полном

ее исключении (при Ь! = О) значение теплового коэффициента снижается. Это связано· с тем, что при осуществлении циклов

с раздельными процессами тепломассопереноса в абсорбере не-

о возможно (кроме'цикла при Ь!= О) охладить крепкий раствор в

теплообменнике растворов до располагаемой температуры t =

= tw = tg = t 2 источника окружающей среды, а следовател~Jо,

ухудшается и рекуперация теплоты в указанных циклах. В этих

циклах также увеличивается энтальпия перегретого пара, обра-

лового коэффициен'l'a в об­ ласти высоких значений температур кипения связано с тем, что с повышением температуры кипения более интенсивно снижает­

ся эффективность рекуперации теплоты в циклах с раздельны­

ми процессами тепломассопереноса в абсорбере при постоянных

значениях reмпера'l'YР to с и t h внешних источников теплоты.

Таким образом, осуществление адиабатно-изобарных процес­ сов абсорбции при раздельном тепломассопереносе в абсорбере приводит к снижению reплового коэффициента АБХМ (кроме цикла при Ь1 = (0). При введении рециркуляции слабого раство­

ра с раздельными процессами reпломассопереноса в абсорбере

(при Ь! < (0) увеличиваеreя 'l'aкже и кратность циркуляции раст­

вора в циклах, что в целомприводит К большему расходу электро­ энергии в насосах слабого и смешанного растворов по сравне-

. нию с расходом энергии в насосе слабого раствора в COOTBereTBY-

ющих циклах АБХМ с совмещенными процессами reпломассо­ переноса в абсорбере. При полном исключении рециркуляции

слабого раствора в циклах с·раздельными процессами тепломас­

сопереноса в абсорбере энергозатраты на привод насоса слабого

раствора также возрастают~ так как кратность циркуляции а*

раствора в этом случае увеличиваеreя в среднем в 12 раз в рас­

смотренном инreрвале изменения reмпературы кипения t o по

сравнению с кратностью циркуляции а* раствора в cOOТBereTBY­

ющих циклах с совмещенными процессами тепломассопереноса

192

тивности АБХМ и определить пути их совершенствования

Выполненная оценка термодинамической эффективности дейст-

вительных циклов бромистолитиевых агрегатов типа АБХА-I000

с затопленным и пленочным генераторами показала, что сниже­

ние значения недовыпаривания раствора до 1,5% путем приме­

нения пленочного генератора увеличивает эксергетический кпд

АБХМ на 5,7% по сравнению с этим КПД дЛЯ АБХМ с затоплен­ ным генератором, имеющим более высокое (3% ) значение недо­

выпаривания [48].

Осуществление двухступенчатых процессов в блоках абсорбер -

испаритель и генератор - конденсатор приводит, в свою очередь,

к увеличению эксергетического кпд АБХМ на 20% по сравне­

нию с эксергетическим КПД АБХМ с пленОчным генератором.

Следовательно, при наличии одинаковых потерь от недона­

сыщения и недовыпаривания раствора (соответственно в абсор­ бере и генераторе) и дроссельных потерь (в блоке абсорбер - испаритель) в циклах АБХМ введение ступенчатых процессов

существенно повышает эксергетический КПД АБХМ [48].

Рабочие схемы и конструкции АБХМ. Параметрический ряд

отечественных АБХМ по производительности при получении

холода включает следующие типоразмеры (кВт): 290, 580, 1160;

1860, 2900 и 5&00. Зарубежные фирмы выпуск8.IQТ широкую гамму

АБХМ производительцостью от 350 до 3500 кВт с компоновкой основных аппаратов в одном корпусе и до 6000 кВт - в двух кор­ пусах (один корпус - блок абсорбер - испаритель, другой - блок генератор - конденсатор). Выпускаемые в России серий­

ные абсорбционные бромистолитиевые холодильные агрегаты

(АБХА) выполнены с совмещенными (АБХА-I000. АБХА-2500)

и с раздельными (АБХА-5000) процессами тепломассопереноса в абсорбере и с одноступенчатой генерацией пара в генераторе.

В случае использования высокопотенциальных греющих источни­

ков с температурой выше 170 ос серийный агрегат АБХА-2500

снабжают высокотемпературной приставкой, состоящей из сту­

пени генератора высокого давления и высокотемпературного теп­

лообменника растворов.

Основные показатели серийных бромистолитиевых АБХА и

АБХМ приведены в табл. 5.1 [97].

Основные показатели модифицированных бромистолитиевых агрегатов АБХА-2500-2В с двухступенчатой генерацией пара и

АБХА-2500ХТ для одновременной выработки холода и теплоты

приведены в табл. 5.2 [97]..

В настоящее вреNЯ разработан и освоен промышленностью

отечественный агрегат АБХА-3000 с одноступенчатой генерацией пара холодопроизводительностью 3000 кВт, аппараты которого

выполнены из антикоррозионных материалов.

Схема агрегата АБХА-2500 производительностью 2900 кВт

приведена на рис. 5.19.

194

ТаБJIица 5.1. Осиовиwе показате.IIИ серийиых АВХА и АВХМ

Таблица 5.2. Освовиwе ПОlC&зате.IIИ модифнциро';;'вых АВХА

Аппараты - генератор с конденсатором и испаритель с аб­ сорбером объединены попарно в соответствующие блоки генера­

тор - конденсатор и абсорбер - испаритель. В схему включены

растворный теплообменник, воздухоотделитель, насосы слабого

и смешанного растворов, рециркуляциониой воды и вакуум-на­

сос. Конденсат из конденсатора сливается в испаритель через

195

13*